Farmacogenetica en metabolisme
praktisch bruikbaar of hype?
L.M.L. Stolk en J.G. Maring, onder medeverantwoordelijkheid van de redactie
Samenvatting
In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de rol van farmacogenetica bij geneesmiddelenmetabolisme. Het bepalen van polymorfismen (met fenotypering of genotypering), blijkt in een aantal specifieke gevallen van belang te zijn voor de klinische praktijk. Ondanks de hooggespannen verwachtingen hebben de onderzoeken van de laatste jaren nog niet veel nieuwe, klinisch belangrijke polymorfismen in relatie met metabolisme opgeleverd. Bovendien wordt steeds duidelijker dat polymorfismen dikwijls slechts een deel van de vele variabelen vormen en daarom maar een beperkt voorspellende waarde kunnen hebben. Omdat de kosten van de standaardtesten voor genotypering snel dalen, valt te verwachten dat medicatiebewaking van de belangrijkste polymorfismen over enkele jaren routine zal zijn.
Pharma Selecta 2007 (mei) nr 10
Abstract
This article describes the role of pharmacogenetics in the metabolism of drugs. In specific cases it is important in clinical practice to measure polymorphisms (with phenotyping or genotyping). Despite high expectations, recent research has not identified many new clinically relevant polymorphisms in relation to metabolism. Moreover, it has become clear that polymorphisms are only a part of many variables and thus have limited predictive value. Because tests for the detection of polymorphisms are becoming cheaper, it is anticipated that detection of the most important polymorphisms will become routine in the near future.
Pharm Sel 2007;23:55-58.
Farmacogenetica heeft de laatste jaren sterk de aandacht. Een nieuwe techniek, de polymerase chain reaction (PCR), heeft de mogelijkheid opgeleverd om op eenvoudige wijze een klein stukje DNA een miljoen maal te vermenigvuldigen en vervolgens te identificeren. DNA-volgorde en interindividuele genetische verschillen kunnen hierdoor eenvoudig in kaart worden gebracht. Dit noemen we genotypering. Er komen steeds meer eenvoudige testkits voor genotypering op de markt. Voor de farmacogenetica zijn de genetische verschillen van belang die van invloed zijn op de werking van geneesmiddelen, zoals metabolisme, transport en receptorrespons.1 De verwachting wordt soms gewekt dat 'geïndividualiseerd doseren op maat' met genotypering binnen handbereik komt. In dit artikel zullen we ons beperken tot het geneesmiddelenmetabolisme. Er zal een overzicht worden gegeven van de huidige stand van zaken en het praktisch nut van farmacogenetica voor het voorspellen van het geneesmiddelenmetabolisme in de dagelijkse praktijk.
De eliminatie van een geneesmiddel kan op verschillende manieren gebeuren. Voor een groot aantal geneesmiddelen vindt omzetting plaats via cytochroom P450 metabolisme. De belangrijkste fase 1-enzymen zijn CYP3A4 (30%), CYP2D6 (20%) en CYP2C9/19 (10%). Glucuronidering (fase 2) is 10% en er is nog een categorie 'overigen' met 5%. Hieronder vallen acetylering, thiopurine methyltransferase en dihydropyrimidine dehydrogenase. De overige 25% wordt onveranderd met de urine uitgescheiden. Overigens zijn een aantal polymorfismen al tientallen jaren bekend. Het verschil is dat in het verleden een polymorfisme alleen door toedienen van modelstof, die via het bewuste enzym wordt omgezet (fenotypering), kon worden aangetoond terwijl dit nu voor veel meer polymorfismen en veel sneller mogelijk is met genotypering.[2] Genotypering is nog geen routinebepaling. Onlangs is in het Pharmaceutisch Weekblad een inventarisatie gepubliceerd van de ziekenhuiscentra, waar genotypering plaatsvindt.[3]
Tabel 1
| categorie | geneesmiddel | score | enzym | advies |
| zeker | azathioprine | 14 | TPMT | prosepctief fenotyperen |
| zeker | suxamethonium | 14 | pseudocholinesterase | retrosepctief feno/genotyperen |
| waarschijnlijk | acenocoumarol | 12 | CYP2C9 | prospectief genotyperen mogelijk nuttig |
| waarschijnlijk | fenytoine | 10 | CYP2C9 | prospectief genotyperen mogelijk nuttig |
| waarschijnlijk | omeprazol/lansoprazol | 9 | CYP2C19 | retrospectief genotyperen bij non responders |
| mogelijk | codeine | 8 | CYP2D6 | retrospectief genotyperen bij non responders |
| mogelijk | nortriptyline | 8 | CYP2D6 | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | metoprolol | 7 | CYP2D6 | problemen onwaarschijnlijk in praktijk |
| mogelijk | atomoxetine | 6 | CYP2D6 | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | 5-fluorururacil | 6 | DPD | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | tolbutamide | 6 | CYP2C9 | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | efavirenz | 5 | CYP2B6 | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | hydralazine | 5 | NAT2 | retrospectief genotyperen bij non responders |
| mogelijk | irinotecan | 5 | UGT1A1 | prospectief genotyperen kan van nut zijn |
| mogelijk | tropisetron | 5 | CYP2D6 | problemen onwaarschijnlijk in praktijk |
| mogelijk | losartan | 4 | CYP2C9 | problemen onwaarschijnlijk in praktijk |
Bij genotypering wordt gezocht naar polymorfismen. Dit zijn variaties in de DNA-sequentie, die codeert voor een metabool enzym en die bij minstens één procent van de populatie voorkomt. Genetisch polymorfisme bij geneesmiddelenmetabolisme verdeelt de populatie in ten minste twee categorieën: een groep met een normaal metabolisme (extensive metabolizers, EM) en een groep met traag metabolisme (poor metabolizers, PM). De verdeling van polymorfismen kan ook verschillen tussen de verschillende rassen. Of polymorfismen klinisch van betekenis zijn, hangt af van een aantal factoren. Het effect van het polymorfisme moet groter zijn dan dat van de 'ruis' van andere variabelen. De aanwezigheid van een grote of kleine therapeutische index is van belang. De invloed van polymorfismen kan ook door verschillende oorzaken geneutraliseerd worden. Dit is bijvoorbeeld het geval indien de metaboliet dezelfde werking heeft als de moederstof. Een andere verhouding moederstof/metaboliet heeft dan weinig klinisch effect. Ook als het geneesmiddel wordt gemetaboliseerd via verschillende paden, kan blokkade van één pad opgevangen worden door een verhoogd metabolisme via de andere paden en uiteindelijk weinig klinisch effect sorteren. Soms is het praktischer om te fenotyperen dan te genotyperen, omdat dan ook de invloed van andere variabelen dan het genotype alléén wordt verdisconteerd. Daarnaast bestaat het fenomeen van phenocopying. Dit treedt op wanneer het metabolisme wordt geremd door remming van het metaboliserende enzym door een ander geneesmiddel of door het geneesmiddel zelf: autophenocopying. Autophenocopying verklaart waarom soms de verschillen tussen poor metabolisers en extensive metabolisers in steady state veel lager zijn dan bij eenmalige toediening. Recent is in de literatuur door Gardiner e.a. een algoritme voorgesteld om het belang van polymorfismen voor de klinische praktijk te kwantificeren.[4] Het algoritme bestaat uit tien onderdelen. De punten omvatten onder andere: significante verandering in concentratie actieve stoffen, grootte van de therapeutische index, een correlatie tussen concentratie effect/bijwerkingen, correlatie tussen genotypering en effect/bijwerking en bewijs van het effect van genotypering in prospectieve studies. Per onderdeel scoort een sterk bewijs voor klinische invloed twee punten, matig bewijs één punt en geen bewijs nul punten. Op deze wijze kan er een rangorde worden gemaakt van de betekenis van polymorfismen voor de klinische praktijk. Afhankelijk van het aantal punten wordt een onderverdeling voorgesteld in de categorieën: 'zeker' (14-18), 'waarschijnlijk' (9-13), 'mogelijk' (4-8) en 'onwaarschijnlijk' (0-3). Er zijn door Gardiner e.a. in het geneesmiddelpakket een twintigtal geneesmiddelen gevonden met een score van vier en hoger. In tabel 1 worden de categorieën, de enzymen en een advies weergegeven.[4] Een aantal van deze geneesmiddelen en ook enkele andere zullen worden besproken.
Substraten van CYP2D6 zijn voornamelijk lipofiele basen zoals ß-blokkers, antidepressiva, neuroleptica, antiarrhytmica en opioïden. Er komen poor metabolizers (PM) (7-10% van de Kaukasische bevolking), extensive metabolizers (EM) en ultrarapid metabolizers (UM) (<1%) voor. PM hebben twee variant allelen, EM één of geen variant allel en één of twee wild type (gewone type) allelen. Ook kan er speciaal bij CYP2D6 'genmultiplicatie' voorkomen en zijn er meer dan twee wild type allelen: UM. Tricyclische antidepressiva (TCA's). Dit polymorfisme is al jaren bekend. Onlangs is nog eens gerapporteerd dat dit polymorfisme klinisch relevant bijdraagt tot de variabiliteit van plasmaconcentraties van antidepr essiva.[5] Volgens het algoritme van Gardiner komt nortriptyline - waar de meeste informatie over is - echter niet hoger dan acht (mogelijk relevant). Een van de redenen is dat nortrityline door CYP2D6 wordt omgezet in het eveneens werkzame hydroxynortriptyline, dat in de meeste onderzoeken niet wordt gemeten in plasma. Verder zijn er weinig studies waarin een relatie tussen genotype en (bij)werking van TCA's wordt aangetoond. SSRI's. Voor SSRI's is nog minder bewijs dan voor de TCA's: score 'onwaarschijnlijk'. Enerzijds omdat de concentratie-effectrelatie voor SSRI's nooit is bewezen en anderzijds is voor fluoxetine en paroxetine autophenocopying aangetoond. Ook antipsychotica vallen onder de rubriek 'onwaarschijnlijk'. Codeïne. Codeïne heeft score acht en valt onder de categorie 'mogelijk'. Er is overtuigend bewijs voor een relatie tussen polymorfisme en concentratie (hiermee wordt bedoeld de concentratie van de uit codeïne omgezette morfine) en effect, zij het bij vrijwilligers. Non respons op codeïne kan echter vaak ook verklaard worden door phenocopying bijvoorbeeld door paroxetine. UM kan echter leiden tot verhoogde morfineconcentraties. Bèta-blokkers. De meeste informatie in deze groep is aanwezig over metoprolol: score zeven en rubriek 'mogelijk'. Er is hier sprake van een racemisch mengsel en de actieve S-isomeer is minder gevoelig voor polymorfisme. Verder heeft metoprolol een grote therapeutische index. Atomoxetine. Het nieuwe middel tegen ADHD, wordt voor > 90% omgezet door CYP2D6 en geeft significant meer bijwerkingen bij PM dan bij EM. In de bijsluiter is hierover een waarschuwing opgenomen.
In de Kaukasische bevolking heeft twee derde de twee wild type allelen en zijn normale metaboliseerders. Respectievelijk 32% en 2,5% hebben één of twee afwijkende allelen. Door 2C9 worden orale anticoagulantia, fenytoine en sommige sulfonurea's, angiotensine antagonisten en NSAID's omgezet. Orale anticoagulantia. Warfarine (standaard gebruikt in de Verenigde Staten) en acenocoumarol scoren twaalf: 'waarschijnlijk'. Fenprocoumon wordt renaal en via CYP3A geëlimineerd en valt dus niet in deze categorie. Eén variant allel betekent voor acenocoumarol een 20 tot 30% lagere benodigde dosis en bij twee variant allelen zijn zeer lage doses nodig (< 1 mg/dag). Fenytoïne. Fenytoïne wordt voornamelijk via CYP2C9 gemetaboliseerd. Bij hogere concentraties speelt CYP2C19 ook een rol. De aanwezigheid van één of twee variant allelen vermindert de dosisbehoefte 1,5 tot 2,7 keer. Fenytoïne heeft score tien en valt in de rubriek 'waarschijnlijk'. Anderzijds worden vanwege het smalle therapeutische venster en de verzadigingskinetiek toch al routinematig plasmaconcentraties van fenytoïne bepaald, zodat klinische problemen voorkomen worden door therapeutic drug monitoring.
Van de Kaukasische bevolking is 1-8% PM via CYP2C19. Omeprazol, lansoprazol. De protonpompremmers worden voor meer dan 80% omgezet via CYP2C19. De AUC's van PM zijn vier tot vijftien maal hoger dan die van EM. De score is negen en de protonpompremmers vallen in de rubriek 'waarschijnlijk'. Tegen genotypering pleit de grote therapeutische index.
De activiteit van CYP3A4 is unimodaal verdeeld en er zijn geen polymorfismen. Wel bestaat er een grote interindividuele variabiliteit en er is een sterke gevoeligheid voor interacties met inducerende en inhiberende andere geneesmiddelen.
CYP3A5 kent een bimodale verdeling. De aanwezigheid van één of twee wild type allelen (10-20% van de Kaukasiërs) versus twee afwijkende allelen veroorzaakt een verhoogde CYP3A5-expressie. De expressie van CYP3A5 kan meer dan 50% van de totale hoeveelheid CYP3A enzym zijn. Uit recente onderzoeken zijn er aanwijzingen dat dit polymorfisme van belang is voor de dosering van het immunosuppressivum tacrolimus en dragers van hetwild type allel een 25-45% grotere klaring van tacrolimus hebben.[6 ;7]
Overige enzymen
N-acetyltransferase. 'Snelle' en 'langzame'
acetylators zijn al decennia bekend. 40-70% van de Kaukasiërs zijn langzame
acetylators. Substraten zijn isoniazide, hydralazine, sulfonamiden en
dapson. In de praktijk blijkt echter van fenotypering of genotypering
zelden gebruikgemaakt te hoeven worden.
Pseudocholinesterase. 96% van de Kaukasiërs heeft een normale
concentratie van het enzym. Respectievelijk 4% en 0,03% hebben één of twee
variant allelen
Alleen in het laatste geval zijn problemen zoals apneu bij gebruik van spierverslappers, die werken op basis van cholinesteraseremming, te verwachten. De score is veertien en de categorie 'zeker'. Zowel genotypering als fenotypering (pseudocholinesterase-activiteit) zijn mogelijk. Thiopurine methyltransferase (TPMT). TPMT komt in veel weefsels voor en de activiteit wordt gewoonlijk in de rode bloedcel bepaald. Het enzym metaboliseert azathioprine en 6-mercaptopurine, die onder meer worden toegepast bij chronisch inflammatoire darmziekten. Verminderde enzymactiviteit kan leiden tot myelotoxiciteit. In Kaukasiërs is er een trimodale verdeling: 0,3-0,6% heeft een lage tot niet meetbare activiteit van TPMT, 10% intermediaire activiteit en 90% hoge (normale) activiteit. De score is veertien en de categorie 'zeker'. Zowel genotyperen als fenotyperen (TPMT-activiteit) is mogelijk, maar er zijn argumenten dat TPMT-activiteit een betere voorspellende waarde heeft zoals in het geval van recente bloedtransfusie en enzyminductie. Er zijn ook aanwijzingen dat therapeutic drug monitoring van de metabolieten van azathioprine in de erythrocyten nuttig kan zijn.[8] Dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD). In de Kaukasische bevolking hebben 0,1 en 3% totale en gedeeltelijke DPD-deficiëntie. Dit enzym is van belang voor de afbraak van het cytostaticum 5-fluoruracil (5-FU). Remming van de afbraak veroorzaakt toxiciteit. Fenotypering door meten van DPD en
genotypering zijn mogelijk. Als alternatief is fenotypering met uracil voorgesteld.9 Tegenwoordig wordt 5-FU vaak oraal als capecitabine gegeven, dat pas in de tumor in 5-FU wordt omgezet. Daarnaast worden therapeutisch wel DPD-remmers toegepast in combinatie met 5-FU prodrugs (tegafur plus uracil in het handelspreparaat UFT), wat onderzoek naar polymorfisme overbodig zou maken. Uridine difosfaat glucuronosyltransferase (UGT1A1). 5-15% van de Kaukasiërs zijn homozygoot voor het variante allel en kunnen verminderde enzymactiviteit hebben. Dit kan leiden tot verminderde afbraak van het cytostaticum irinotecan. De FDA heeft een waarschuwing hierover in de bijsluiter laten opnemen, maar geen impliciete aanbeveling voor genotypering. Een en ander wordt gecompliceerd door het feit dat 30-50% van de homozygote populatie geen toxiciteit ontwikkelt en er aanwijzingen zijn dat irinotecan bij deze populatie effectiever is.
Farmacogenetica bij metabolisme: praktisch bruikbaar of hype? Beide stellingen moeten met ja worden beantwoord. Zoals uit dit artikel blijkt kan het bepalen van polymorfismen (met fenotypering of genotypering) in een aantal specifieke gevallen van belang zijn voor de klinische praktijk. Anderzijds zijn de hooggespannen verwachtingen (nog) niet uitgekomen. De onderzoeken van de laatste jaren hebben niet veel nieuwe klinisch belangrijke polymorfismen in relatie met metabolisme opgeleverd. Bovendien wordt steeds meer duidelijk dat polymorfismen dikwijls slechts een deel van de vele variabelen vormen en daarom een beperkte voorspellende waarde hebben. Ongetwijfeld zullen de kosten van de standaardtesten voor genotypering snel verminderen. Het valt mede daarom te verwachten dat over enige jaren medicatiebewaking van de belangrijkste polymorfismen routine zal zijn.
1 ;Croone H. Hoe en Wat Farmacogenetica.
Pharm Weekbl 2006;141:1220-1223.
2 ;Touw DJ et al. Het cytochroom P450-enzymsysteem.
Pharm Weekbl 1997;28:948-63;996-1009.
3 ;Polderman A. Nederland genotypeert zich wild.
Pharm Weekbl 2006;141;1228-1229.
4 ;Gardiner SJ et al. Pharmacogenetics, Drug metabolizing enzymes, and clinical practice. Pharmacological Reviews. 2006;58:521-590.
5 ;Mulder HM et al. The impact of cytochrome P450-2D6 genotype on the use and interpretation of therapeutic drug monitoring in long-stay patients treated wit antidepressant and antipsychotic drugs in daily psychiatric practice.
Pharmacoepidemiology and Drug Safety 2006;15:107-114.
6 ;Utrecht KN et al. Effects of genetic polymorphisms on the pharmacokinetics of calcineurin inhibitors.
Am J Health-Syst Pharm 2006;63:2340-2348.
7 ;Op den Buijsch RAM et al. Tacrolimus Pharmacokinetics and Pharmacogenetics: Influence of Adenosine Triphosphate-binding Cassette B1(ABCB1) and Cytochrome (CYP) 3A Polymorphisms.
Fundam Clin Pharmacol 2007: in press.
8 ;Hadithy A et al.Thiopurines in inflammatory bowel disease: pharmacogenetics, therapeutic drug monitoring and clinical recommendations. Digestive and liver disease 2005;37:282-297.
9 ;Theeuwes-Oonk B et al. Bruikbaarheid van uracilbelastingstest voor fenotypering dihydropyrimidinedehydrogenase.
Pharm Weekbl 2005;140:100-103.